葛圣陽 李偉 于文強(qiáng)

作者單位：200433 上海 復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院

癌癥是全球死亡的主要原因之一，早期發(fā)現(xiàn)可以降低所有類型癌癥的死亡率。因此，可靠的腫瘤篩查標(biāo)志物研究和開發(fā)至關(guān)重要［1］。表觀遺傳修飾被定義為不涉及基礎(chǔ)DNA 序列變化的遺傳性基因活性變化，這些修飾通過表觀遺傳因素微調(diào)基因表達(dá)程序，是控制細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育等關(guān)鍵生物過程的主要分子機(jī)制，并且強(qiáng)有力的證據(jù)表明表觀遺傳重編程是癌癥動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的驅(qū)動(dòng)力［2］。自首次在原發(fā)性人類腫瘤中識(shí)別出異常的DNA 甲基化以來，大量研究表明，DNA甲基化的變化在腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中扮演著重要的角色［3-5］。人類研究最為廣泛的表觀遺傳修飾是DNA 甲基化，DNA 甲基化是發(fā)生在胞嘧啶核苷酸上的共價(jià)修飾，其中大部分發(fā)生在胞嘧啶后面跟著鳥嘌呤的位置（CpG位點(diǎn)），DNA 甲基化也可以通過連續(xù)的細(xì)胞分裂在沒有DNA 甲基化維持的情況下被移除［6］。CpG 位點(diǎn)在基因組中并非隨機(jī)分布，而是存在于CpG 島等富含CG 的區(qū)域中，主要位于人類基因的調(diào)控區(qū)域［7］。CpG 島的甲基化是一種轉(zhuǎn)錄抑制的表觀遺傳機(jī)制［8］。DNA 甲基化的變化在癌癥早期就能出現(xiàn)，而且DNA 甲基化與癌細(xì)胞中大量的異常改變相關(guān)，基因啟動(dòng)子區(qū)域的超甲基化被認(rèn)為具有致癌和影響預(yù)后作用［9］。所以，DNA 甲基化分析可有效識(shí)別具有臨床意義的腫瘤甲基化標(biāo)志物［10］。近年來，全基因組重亞硫酸鹽測序（wholegenome bisulfite sequencing，WGBS）、甲基化敏感的限制酶測序（methylation-sensitive restriction enzyme sequencing，MRE-Seq）、簡化的表觀亞硫酸氫鹽測序（reduced representation bisulfite sequencing，RRBS）等高通量技術(shù)的出現(xiàn)加速并擴(kuò)展了人們對(duì)腫瘤發(fā)生的表觀遺傳機(jī)制的認(rèn)識(shí)，揭示了大量具有潛在價(jià)值的癌癥特異性表觀遺傳標(biāo)記或特征，這些標(biāo)記或特征可用于腫瘤診斷、預(yù)后預(yù)測或其對(duì)治療的反應(yīng)評(píng)估［11-13］。本文將探討2023 年對(duì)臨床腫瘤學(xué)產(chǎn)生重大科研影響的腫瘤甲基化標(biāo)志物，主要根據(jù)樣本來源對(duì)這些標(biāo)志物進(jìn)行細(xì)致分類，旨在通過深入分析表觀遺傳生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和研究，揭示其在未來臨床實(shí)踐中的潛在應(yīng)用價(jià)值。

1 基于腫瘤組織檢測的腫瘤甲基化標(biāo)志物

1.1 消化系統(tǒng)腫瘤

由于DNA 甲基化發(fā)生在腫瘤發(fā)展的早期，有研究通過DNA 甲基化和基因表達(dá)的整合分析，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，揭示了胃腺癌潛在的診斷和預(yù)后甲基化特征標(biāo)志［14］。該研究使用癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）胃腺癌數(shù)據(jù)，識(shí)別出差異甲基化位點(diǎn)（differentially-methylated positions，DMPs）和差異表達(dá)基因（differentially-expressed genes，DEGs），在443 個(gè)腫瘤和27 個(gè)非腫瘤樣本中，共識(shí)別出256 個(gè)DMPs，包括140 個(gè)高甲基化位點(diǎn)和116 個(gè)低甲基化位點(diǎn)；基因表達(dá)分析揭示了2 821 個(gè)DEGs，其中上調(diào)1 247 個(gè)，下調(diào)1 574 個(gè)；通過分析甲基化對(duì)基因表達(dá)的順式和反式調(diào)控影響，觀察到甲基化和表達(dá)之間主要是負(fù)相關(guān)，而在高甲基化和低甲基化基因中，分別與基因表達(dá)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)和正相關(guān)。為了尋找診斷生物標(biāo)志物，該研究進(jìn)一步使用了位于27個(gè)下調(diào)基因啟動(dòng)子中的28個(gè)高甲基化探針，通過實(shí)施特征選擇方法選出8個(gè)探針，并基于此構(gòu)建了一個(gè)診斷模型。該模型在訓(xùn)練隊(duì)列和驗(yàn)證隊(duì)列（GSE30601，包括203個(gè)腫瘤和94個(gè)非腫瘤樣本）中的曲線下面積（area under the curve，AUC）分別達(dá)到0.99和0.97。在順式調(diào)控的背景下，甲基化和基因表達(dá)之間普遍存在負(fù)相關(guān)［15］。HOSSEINI等［14］研究還觀察到正常未甲基化的基因啟動(dòng)子CpG島中DNA 甲基化異常增加和相關(guān)基因沉默是癌癥中最明顯的表觀遺傳改變，而在反式調(diào)控中，高甲基化基因主要與基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。也有研究發(fā)現(xiàn)低甲基化基因更可能與基因表達(dá)呈正相關(guān)［16］?？傊@些研究為胃腺癌引入了具有潛在應(yīng)用價(jià)值的診斷和預(yù)后DNA甲基化標(biāo)志物，但是需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

在胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）和慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）的鑒別診斷上，目前臨床手段并不能有效區(qū)別，因此可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果［17-18］。DNA 甲基化標(biāo)志物提供了一種分子標(biāo)記手段，可用于區(qū)分PDAC 和CP。有研究通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法和高級(jí)整合方法，識(shí)別出了可用于區(qū)分PDAC 和CP 的潛在生物標(biāo)志物組合——cg03306374（PRKCB）和cg15506157（KLRG2），在驗(yàn)證隊(duì)列中AUC 達(dá)0.905，其中PRKCB的CpG 島中6 個(gè)DNA 甲基化位點(diǎn)在組織和患者血漿cfDNA 中的AUC達(dá)到了1.00［19］。因此認(rèn)為，這些DNA 甲基化標(biāo)志物可能顯著提高對(duì)疑似胰腺癌患者的診斷質(zhì)量。

1.2 呼吸系統(tǒng)腫瘤

基于癌癥相關(guān)甲基化信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，DNA甲基化檢測有望在經(jīng)手術(shù)治療的非小細(xì)胞肺癌患者中檢測微小殘留病灶（minimal residual disease，MRD）和用于術(shù)后隨訪［20］。有研究在基于甲基化的肺癌動(dòng)態(tài)分析（methylation based dynamic analysis for lung cancer，MEDAL）的患者隊(duì)列中，通過對(duì)匹配腫瘤、腫瘤鄰近組織和縱向血液樣本進(jìn)行超深度靶向測序和亞硫酸氫鹽測序分析，然后采用腫瘤相關(guān)的甲基化狀態(tài)MRD（tumorinformed methylation-based MRD，timMRD）評(píng)估每個(gè)血液樣本的甲基化狀態(tài)，在MEDAL隊(duì)列（n=195）進(jìn)行生存分析并在獨(dú)立隊(duì)列DYNAMIC（n=36）中驗(yàn)證［21］。該研究結(jié)果顯示，術(shù)后時(shí)間點(diǎn)timMRD評(píng)分較高的患者在MEDAL 隊(duì)列中展現(xiàn)出較短的無病生存期（HR=3.08，95%CI：1.48～6.42；P=0.002），在獨(dú)立的DYNAMIC 隊(duì)列中也是如此（HR=2.80，95%CI：0.96～8.20，P=0.041）。該研究進(jìn)一步進(jìn)行多因素回歸分析，發(fā)現(xiàn)術(shù)后timMRD評(píng)分是肺癌獨(dú)立預(yù)后因素，而且與腫瘤相關(guān)的體細(xì)胞突變狀態(tài)相比，timMRD 評(píng)分在術(shù)后隨訪中識(shí)別復(fù)發(fā)患者的性能更佳，包括臨床Ⅰ期等腫瘤負(fù)擔(dān)較低的患者以及在基線期循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）陰性狀態(tài)的復(fù)發(fā)患者。該研究還發(fā)現(xiàn)，與ctDNA 突變預(yù)測的平均時(shí)間相比，timMRD 評(píng)分在復(fù)發(fā)前120 d的陰性預(yù)測值為97.2%。另一個(gè)研究肺癌術(shù)后ctDNA 動(dòng)態(tài)變化的臨床獨(dú)立隊(duì)列DYNAMIC（n=36）也得出類似結(jié)果［22］。這些基于外周血的動(dòng)態(tài)甲基化分析研究，為術(shù)后癌癥監(jiān)測提供了一種很有前途的策略。

惡性胸膜間皮瘤是一種罕見的惡性腫瘤，主要由石棉暴露引起［23］。一項(xiàng)病例對(duì)照研究分析了惡性胸膜間皮瘤診斷前血液樣本中的DNA 甲基化特征，其嵌套于歐洲癌癥和營養(yǎng)前瞻性調(diào)查（European prospective investigation into cancer and nutrition，EPIC）隊(duì)列，旨在確定與惡性胸膜間皮瘤相關(guān)的DNA 甲基化標(biāo)志物［24］。在EPIC 隊(duì)列中，該研究納入了20 年隨訪期間發(fā)生惡性胸膜間皮瘤的135 例參與者的樣本，以及135 名匹配的無癌癥對(duì)照樣本。在發(fā)現(xiàn)階段，該研究選擇了在入組后5 年內(nèi)發(fā)生惡性胸膜間皮瘤的EPIC 參與者（n=36）和匹配的對(duì)照，然后通過10 倍交叉驗(yàn)證和相關(guān)分析篩選出9 個(gè)差異甲基化CpGs：cg25755428（MRI1）、cg20389709（KLF11）、cg23870316、cg13862711（LHX6）、cg06417478（HOOK2）、cg00667948、cg01879420（AMD1）、cg25317025（RPL17）和cg06205333（RAP1A）。該研究通過受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析顯示，基于基線特征（年齡、性別等）以及9個(gè)相關(guān)CpGs構(gòu)建的模型對(duì)惡性胸膜間皮瘤的發(fā)生具有更好的預(yù)測價(jià)值，且在5 年以上才診斷的患者中仍保持一定的性能（＜5年AUC為0.89，5～10年AUC為0.80，10年AUC為0.75，基線AUC范圍：0.63～0.67）。該研究分析了作為非侵入性生物標(biāo)志物的DNA 甲基化標(biāo)志物在惡性胸膜間皮瘤病例診斷前血液樣本中的變化，其應(yīng)用可提高對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)石棉暴露者的識(shí)別，從而采取更密集的監(jiān)測，以早期識(shí)別腫瘤。

1.3 泌尿系統(tǒng)腫瘤

DNA 甲基化標(biāo)志物高靈敏度的特征也使其成為指導(dǎo)前列腺癌檢測的理想策略［25］。前列腺癌的患病率與多種因素相關(guān)，包括年齡、遺傳和種族等［26］。表觀遺傳失調(diào)是原發(fā)性前列腺癌的特征［26-27］。隨著治療手段的進(jìn)步，患者壽命得到延長，但原發(fā)性前列腺癌向罕見部位（如大腦）轉(zhuǎn)移現(xiàn)象也日益增多［28］。一項(xiàng)研究在42 例前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移（prostate cancer brain metastases，PCBM）的患者（其中17 例有匹配的原發(fā)腫瘤）中進(jìn)行DNA 甲基化分析，以觀察原發(fā)性前列腺癌與PCBM 之間的表觀遺傳差異、表觀遺傳變化與突變背景之間的關(guān)聯(lián)，以及與前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移相關(guān)的特定表觀遺傳變化，結(jié)果顯示，前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移中的異常甲基化和突變背景與PRC2復(fù)合體活性相關(guān)，尤其在SPOP 突變型前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移中特別明顯［29］。盡管前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移表現(xiàn)出CpG 島高甲基化表型，但該研究也觀察到了涉及神經(jīng)活性配體-受體相互作用基因組和細(xì)胞黏附分子（如GABRB3、CLDN8和CLDN4）啟動(dòng)子的低甲基化，這表明原發(fā)腫瘤中的腫瘤細(xì)胞可能需要特定的重編程才能形成大腦轉(zhuǎn)移。該研究有助于揭示前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移的DNA 甲基化概況以及前列腺癌大腦轉(zhuǎn)移相關(guān)異常DNA甲基化的潛在機(jī)制和影響。

2 基于血液活檢的腫瘤甲基化標(biāo)志物

2.1 基于血液ctDNA的腫瘤甲基化標(biāo)志物

近年來，甲狀腺結(jié)節(jié)的發(fā)病率越來越高，因此對(duì)甲狀腺惡性結(jié)節(jié)和良性結(jié)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確分類尤為重要。然而，目前的甲狀腺癌診斷方法，包括超聲檢查和細(xì)針穿刺活檢等手段的準(zhǔn)確率仍較低［30-31］。有研究開發(fā)了一種靶向DNA甲基化測序檢測方法——甲狀腺癌甲基化捕獲（thyroid-cancer-methylation-capture，ThyMet），主要用于測量血液中甲狀腺乳頭狀癌特異性DNA 甲基化標(biāo)志物水平，旨在以非侵入性的手段對(duì)甲狀腺乳頭狀癌進(jìn)行分類［32］。該研究通過開發(fā)基于靶向甲基化測序的基因組合，訓(xùn)練了一個(gè)包含6個(gè)標(biāo)志物的ThyMet分類器（classifier），這6個(gè)標(biāo)志物分別是［ACTRT2（-231，544）和MMEL1（-142，073）］、［ACTRT2（-231，552）和MMEL1（-142，065）］、［RIN1（-519）］、［SLC4A10（-200，384）和TBR1（+7，947）］、［ETV5（-146，955）和DGKG（+106，170）］、［ETV5（-146，929）和DGKG（+106，196）］。該研究結(jié)果顯示，與超聲檢查相比，ThyMet 對(duì)甲狀腺乳頭狀癌與良性結(jié)節(jié)的鑒別具有更高的特異度（0.723vs0.625），AUC 為0.828。該研究還顯示，ThyMet 和超聲分級(jí)的組合分類器進(jìn)一步提高了甲狀腺乳頭狀癌血漿分類的準(zhǔn)確性，AUC 提高到0.923，靈敏度達(dá)0.957，特異度為0.708。已有研究表明ThyMet和超聲檢查存在互補(bǔ)關(guān)系［33-34］。因此，未來通過結(jié)合ctDNA甲基化和超聲檢查，有可能更精確地鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)的良性、惡性性質(zhì)，從而為臨床治療選擇提供更有力的依據(jù)。

2.2 基于外周血單核細(xì)胞的腫瘤甲基化標(biāo)志物

在結(jié)直腸癌研究中，國內(nèi)學(xué)者XIE 等［35］報(bào)道了一種基于DNA 甲基化的外周血單核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）檢測方法，其通過微陣列、焦磷酸測序和靶向雙硫侖測序分析結(jié)直腸癌患者和健康對(duì)照組PBMC 的全基因組甲基化景觀，發(fā)現(xiàn)了5 個(gè)可用于結(jié)直腸癌診斷的DNA 甲基化標(biāo)志物（cg11754974、cg24906336、cg22678228、cg26026551和cg00227790）。該研究還特別針對(duì)早期結(jié)直腸癌建立了一種單管多重甲基化特異性定量PCR 檢測方法（multiple methylation-specific quantitative PCR assay，multi-msqPCR），用于同時(shí)檢測5 個(gè)DNA 甲基化標(biāo)志物。multi-msqPCR 允許對(duì)少至0.1%的PBMC DNA 樣本進(jìn)行定量分析，并且比單分子檢測具有更好的鑒別性能。然后，基于甲基化標(biāo)志物和multi-msqPCR方法構(gòu)建了一個(gè)結(jié)直腸癌診斷模型（colorectal cancer diagnostic model，CDM），該模型在早期結(jié)直腸癌中的診斷效能表現(xiàn)出色（AUC 為0.91，敏感度為81.18%，特異度為89.39%），相比傳統(tǒng)腫瘤標(biāo)志物CEA（AUC 為0.79）有所改進(jìn)，此外CDM 還能很好地鑒別晚期腺瘤病例（AUC 為0.85，敏感度為63.04%）［35］。該研究進(jìn)一步的隨訪數(shù)據(jù)表明，CDM 較目前臨床已有的診斷方法至多提早2 年識(shí)別出患結(jié)直腸癌的潛在風(fēng)險(xiǎn)。LUO等［36］也觀察到類似結(jié)果。

類似地，通過利用乳腺癌患者的PBMCs，也有研究鑒定出了4 個(gè)乳腺癌特異性DNA 甲基化標(biāo)志物，分別是cg16652347、cg13828440、cg11754974 和cg18637238［37］。該研究也基于這4 個(gè)DNA 甲基化標(biāo)志物開發(fā)了一種高效方便的多重甲基化特異性定量PCR 檢測方法，在多中心隊(duì)列中驗(yàn)證其診斷性能，發(fā)現(xiàn)其能區(qū)分早期乳腺癌患者和正常對(duì)照組，診斷AUC達(dá)0.940，敏感度及特異度分別為93.2%和90.4%，而且這種檢測方法的性能超過了現(xiàn)有的臨床診斷手段，特別是在檢測早期和微小腫瘤方面。

3 基于糞便檢測的腫瘤甲基化標(biāo)志物

在糞便和血液活檢中，新的DNA 甲基化生物標(biāo)志物也被提出可用于早期檢測結(jié)直腸癌和癌前病變。有研究分析了76 對(duì)結(jié)直腸癌及其鄰近正常組織樣本、348 個(gè)糞便樣本和136 個(gè)血液樣本，通過生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫篩選并使用甲基化特異性定量PCR 方法鑒定結(jié)直腸癌的候選生物標(biāo)志物，其中使用血液和糞便樣本驗(yàn)證了候選生物標(biāo)志物的甲基化水平，結(jié)果鑒定出兩個(gè)結(jié)直腸癌候選CpG 位點(diǎn)生物標(biāo)志物：cg13096260 和cg12993163，而且這兩個(gè)生物標(biāo)志物在使用血液樣本時(shí)表現(xiàn)出一定程度的診斷性能（敏感度和特異度均在70%～80%之間），在糞便樣本檢測時(shí)對(duì)結(jié)直腸癌和結(jié)直腸高危腺瘤也表現(xiàn)出更好的診斷價(jià)值［38］。CROSS等［39］研究也得出類似結(jié)果。

4 基于尿液的腫瘤甲基化標(biāo)志物

膀胱尿路上皮癌是世界范圍內(nèi)常見的惡性腫瘤，基于尿液的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物有望成為檢測尿路上皮癌的可靠工具［40-41］。有研究利用尿沉渣構(gòu)建用于檢測膀胱癌的甲基化診斷模型，其中篩選了7 種甲基化生物標(biāo)志物（包括PSMD14、AKAP13、ZNF184、cg16966315、NRN1、P14ARF和MEIS1），并通過納入單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphism，SNP）位點(diǎn)來提高模型的診斷性能，然后采用三階段分析方法構(gòu)建模型并評(píng)價(jià)診斷性能［42］。在Ⅲ期試驗(yàn)中，該診斷模型在外部驗(yàn)證隊(duì)列中獲得了良好的區(qū)分度，總體AUC為0.935，靈敏度為0.864，特異度為0.895。此外，與傳統(tǒng)細(xì)胞學(xué)和FISH相比，該模型具有更高的靈敏度和相當(dāng)?shù)奶禺惗龋赡茏鳛闄z測膀胱癌的替代方法。

子宮內(nèi)膜癌發(fā)病率正在上升，目前的診斷通常需要侵入性的組織活檢［43］。在子宮內(nèi)膜癌的篩查上，DNA 甲基化標(biāo)志物提供了一種應(yīng)用更簡便的篩查方法。有研究比較了子宮內(nèi)膜癌患者不同樣本（包括尿液、宮頸陰道自采樣本和臨床采集的宮頸刮片標(biāo)本）中的DNA 甲基化標(biāo)志物的檢測性能，從103例被診斷為Ⅰ-Ⅳ期子宮內(nèi)膜癌的患者中收集了配對(duì)樣本，并且居家采集了受試者的尿液和宮頸陰道自采樣本，所有樣本都使用甲基化特異性定量PCR測試9 個(gè)DNA 甲基化標(biāo)志物（ADCYAP1、BHLHE22、CDH13、CDO1、GALR1、GHSR、HAND2、SST和ZIC1），且與317名健康對(duì)照組的非配對(duì)樣本進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種標(biāo)志物組合（CDH13+GHSR+SST、CDO1+GHSR+ZIC1和CDH13+CDO1+ZIC1）在尿液、自采樣本和刮片樣本中表現(xiàn)出優(yōu)異的子宮內(nèi)膜癌診斷性能，AUC 分別為0.95（95%CI：0.92～0.98）、0.94（95%CI：0.90～0.97）和0.97（95%CI：0.96～0.99），敏感度范圍在89%～93%之間，特異度在90%～92%之間；交叉驗(yàn)證后也獲得了類似的檢測性能，CDH13+GHSR+SST、CDO1+GHSR+ZIC1和CDH13+CDO1+ZIC1的AUC 分別為0.94（95%CI：0.90～0.98）、0.92（95%CI：0.87～0.97）、0.97（95%CI：0.95～0.99），而且對(duì)Ⅰ期子宮內(nèi)膜癌的檢測保持了出色的診斷性能［44］。

5 基于陰道分泌物的腫瘤甲基化標(biāo)志物

目前，已有研究通過衛(wèi)生棉條收集的陰道分泌物進(jìn)行子宮內(nèi)膜癌篩查，通過使用子宮內(nèi)膜癌組織、良性子宮內(nèi)膜組織和良性宮頸陰道組織的DNA 作為樣本，根據(jù)ROC 鑒別度、甲基化水平在腫瘤和對(duì)照之間的變化倍數(shù)以及無背景CpG 甲基化選擇候選差異甲基化區(qū)域［45］。該研究結(jié)果顯示，以28 個(gè)甲基化DNA標(biāo)志物構(gòu)成的基因組合能較好地區(qū)分良性子宮內(nèi)膜組織和良性宮頸陰道組織，其特異度為96%（95%CI：89%～99%），敏感度為76%（95%CI：66%～84%），AUC為0.88；在PBS/EDTA衛(wèi)生棉條緩沖液中，其特異度為96%（95%CI：87%～99%），敏感度為82%（95%CI：70%～91%），AUC為0.91，說明在衛(wèi)生棉條收集的陰道分泌物中，子宮內(nèi)膜癌相關(guān)的差異甲基化區(qū)域具有較高的靈敏度和特異度，而且添加EDTA 的衛(wèi)生棉條緩沖液提高了檢測的靈敏度。因此，未來通過二代甲基化組測序技術(shù)、嚴(yán)格的篩選標(biāo)準(zhǔn)和獨(dú)立的驗(yàn)證，將有助于篩選出更優(yōu)異的候選甲基化DNA標(biāo)志物［46］。

6 基于多組織來源的DNA甲基化泛癌標(biāo)志物

目前這些特定于癌癥類型的生物標(biāo)志物的性能各不相同，而且由于生物樣本采集的限制和高昂的成本，易感個(gè)體仍然不可能同時(shí)接受所有癌癥的篩查。因此，如果能在早期階段識(shí)別出一種對(duì)所有類型的癌癥都有效的、單一的、強(qiáng)大的生物標(biāo)志物，將是理想的手段。

為了更好地研究腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移過程中細(xì)胞的表觀遺傳模式，有團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)特的可用于全基因組DNA 甲基化檢測的手段——導(dǎo)向定位測序（guide positioning sequencing，GPS），其可實(shí)現(xiàn)甲基化精準(zhǔn)檢測和胞嘧啶高覆蓋率（96%）［47］。GPS 的高覆蓋率提供了大量的DNA 甲基化信息，這使在以前研究不足的區(qū)域能以相當(dāng)高的分辨率檢查癌癥甲基化譜。GPS 提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具以研究癌癥的同質(zhì)性，而且簡化了癌癥研究，并有可能找到癌癥發(fā)生和轉(zhuǎn)移的普遍機(jī)制。在分析癌細(xì)胞系的GPS數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常遇到一種獨(dú)特的現(xiàn)象：在多種類型的癌癥樣本中，有許多區(qū)域似乎異常高甲基化。該現(xiàn)象目前已被驗(yàn)證為泛癌標(biāo)志物（universal cancer only markers，UCOM）。根據(jù)TCGA數(shù)據(jù)庫中來自17 種癌癥的7 000 多個(gè)樣本確定了第一個(gè)UCOM——HIST1H4F，它是一種在所有類型的癌癥中高甲基化的組蛋白相關(guān)基因［48］。

UCOM 已被證明具有4 個(gè)主要特征：惡性腫瘤特有、全有或全無、癌癥超早期檢測、易于檢測，這些特征使UCOM 能夠超越當(dāng)前生物標(biāo)志物的功效［48-49］。目前，UCOM在多種癌癥的診斷中表現(xiàn)出很強(qiáng)的潛力，已在肺癌（在所有肺癌樣本中的檢測特異度和敏感度分別為96.5%和87.0%，在肺鱗狀細(xì)胞癌中分別為96.5%和85.4%，在小細(xì)胞肺癌中分別為96.5%和95.7%）、宮頸癌（敏感度和特異度分別為90.9%和90.4%）、子宮內(nèi)膜癌（敏感度為80.65%，特異度為82.81%）、尿路上皮癌（敏感度為86.7%，特異度為90.8%）等多種實(shí)體腫瘤中驗(yàn)證了其診斷效能［48-51］。

除了實(shí)體腫瘤組織，UCOM 還可以在多種來源樣本中作為檢測生物標(biāo)志物，并且已經(jīng)被證實(shí)具有較好的效果［1］。UCOM 對(duì)宮頸癌陰道分泌物樣本的敏感度和特異度分別為90.9%和90.4%，當(dāng)與高危人乳頭狀瘤病毒（human papilloma virus，HPV）檢測或液基薄層細(xì)胞學(xué)檢查（thin-prep cytology test，TCT）聯(lián)合使用時(shí)，UCOM 對(duì)宮頸癌的敏感度和特異度分別提高到了95.7%和96.2%，特異度明顯超過了單獨(dú)的高危HPV檢測（特異度為20.3%）、TCT（特異度為51.2%）和高危HPV與TCT聯(lián)合檢測（特異度為57.8%）［49］。使用尿液樣本對(duì)尿路上皮癌進(jìn)行檢測的敏感度為86.7%，特異度為90.8%［51］。進(jìn)一步通過改進(jìn)的液體活檢平臺(tái)可將UCOM 與ctDNA一起用于檢測罕見癌癥［52］。此外，UCOM也在治療效果評(píng)估和復(fù)發(fā)監(jiān)測中展現(xiàn)了潛力，可作為乳腺癌轉(zhuǎn)移的預(yù)測因子［51］。

如上所述，盡管UCOM 應(yīng)用在癌癥早期診斷方面取得了不錯(cuò)的成績，但仍存在許多未知數(shù)，例如需要進(jìn)一步積極探索UCOM 為何普遍存在于癌癥中，UCOM背后的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制也值得進(jìn)一步研究，這可能為癌癥治療提供新的方向。另一個(gè)主要興趣在于將UCOM 的同質(zhì)性狀與組織獨(dú)特的標(biāo)志物相結(jié)合的范圍，以期以相反的方式精確檢測癌癥痕跡和識(shí)別腫瘤組織起源。但是，有理由相信UCOM 可以成為預(yù)防癌癥、檢測癌癥以及潛在消除癌癥的理想工具。

7 小結(jié)

2023 年，DNA 甲基化標(biāo)志物的研究給我們帶來很多驚喜，基于DNA 甲基化發(fā)生在腫瘤超早期和離體后性質(zhì)穩(wěn)定等特性，各種早期診斷的工具蓬勃發(fā)展，檢測的組織來源既有傳統(tǒng)的實(shí)體腫瘤組織液，也有少量的血液，更有無創(chuàng)的體液檢測，甚至“變廢為寶”，利用廢棄衛(wèi)生棉條進(jìn)行檢測，這些無疑為我們展示了一種逐漸無創(chuàng)化的研發(fā)趨勢。同時(shí)，DNA甲基化標(biāo)志物的“標(biāo)志”意義也不再局限于腫瘤的早期檢測，還囊括了腫瘤術(shù)后的MRD檢測、術(shù)后的隨訪監(jiān)測等，展現(xiàn)了更多的臨床意義。此外，目前不同研究團(tuán)隊(duì)的DNA甲基化標(biāo)志物使用思路也各有千秋，從單一癌種使用復(fù)雜的標(biāo)志物基因組合到單一癌種使用單一或幾個(gè)標(biāo)志物，甚至是單一標(biāo)志物診斷多種癌種，這些研究說明DNA甲基化標(biāo)志物在癌癥診斷和基因表達(dá)調(diào)控研究等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，有望為癌癥早期診斷和研究帶來革命性的變化。

目前表觀遺傳學(xué)的發(fā)展方興未艾，DNA甲基化標(biāo)志物的研究更是如火如荼，未來可能繼續(xù)深入研究DNA甲基化的調(diào)控機(jī)制，探索不同DNA甲基化狀態(tài)下腫瘤發(fā)生、發(fā)展和治療耐藥性等方面的差異。在技術(shù)層面上，需要不斷開發(fā)新的DNA甲基化檢測技術(shù)和方法，以提高DNA甲基化標(biāo)志物檢測的特異度和靈敏度。同時(shí)，也需要持續(xù)開發(fā)新型的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，并將其應(yīng)用于新的DNA 甲基化數(shù)據(jù)以預(yù)測潛在的甲基化標(biāo)志物，協(xié)助從復(fù)雜的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)中快速地識(shí)別和分析與DNA甲基化標(biāo)志物相關(guān)的特征。目前，多學(xué)科團(tuán)隊(duì)之間的緊密協(xié)作也正在積極推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)利用甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行臨床診斷和個(gè)體化治療，借助表觀遺傳學(xué)方法改進(jìn)癌癥患者的臨床治療效果，為癌癥患者帶來福音。